CN102173433A - 一种由粉煤灰合成单相方钠石的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无机功能材料的生产制备领域，具体涉及利用粉煤灰制备单相方钠石的工艺方法，其工艺是：首先用碱熔融法预处理粉煤灰，将活化的粉煤灰、氢氧化铝和氢氧化钠溶液按配比加入聚四氟乙烯内胆，混合均匀后密封置于恒温干燥烘箱内进行水热晶化，最后将产物过滤、洗涤直至中性，干燥后即得单相方钠石材料。本发明利用固体废物——粉煤灰作为生产原料，成功的合成了低成本的单相方钠石沸石化材料。该工艺具有成本低廉，原料来源丰富，工艺简单，易于操作，产品性能可控，无二次污染等优点，是一种极具工业化应用潜力的工艺方法。
Description
技术领域
本发明属于无机功能材料的生产制备领域，涉及一种由粉煤灰为原料制备单相方钠石的方法。
背景技术
方钠石是一种具有小孔径的多孔硅铝酸盐沸石，由于其具有独特的空间结构和物理化学性质，被广泛用做吸附剂、储氢材料和光致变色材料。目前，合成方钠石主要以含铝或硅的化工原料、氢氧化钠和水为原料，在一定温度下利用水的自生压力进行水热合成。该方法合成的方钠石具有纯度高、质量好的优点，但是高成本严重制约其生产量和应用领域。
粉煤灰主要是燃煤电厂生产过程中产生的固体废弃物，但由于其化学成分主要是SiO2和Al2O3，所以粉煤灰也被用作优质的硅铝原料，用于生产沸石、水泥等硅铝酸盐材料。H?ller 和 wisching于1985年首次提出利用粉煤灰合成沸石，突破了纯化工原料合成沸石高成本的瓶颈，大大地推动了沸石的应用与产业的发展。
以粉煤灰为主要原料，采用水热合成法合成方钠石不仅解决了方钠石合成成本高的问题，还为粉煤灰深度利用提供了一种重要途径。目前，国内外研究均已成功利用粉煤灰合成出方钠石，但大多数合成沸石均为多种沸石的混合，且方钠石含量比较少。目前现有技术尚无利用全粉煤灰合成单相方钠石的方法。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种简单易行的由粉煤灰合成单相方钠石的方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种由粉煤灰合成单相方钠石的方法，包括以下步骤：
步骤1、将粉煤灰和氢氧化钠混合均匀后置于马弗炉内活化；
步骤2、依次将活化的粉煤灰、氢氧化铝和氢氧化钠溶液加入聚四氟乙烯内胆中，并混合均匀；
步骤3、将装有反应物料的聚四氟乙烯内胆密封后置于恒温干燥烘箱内进行水热晶化；
步骤4、将晶化产物过滤、洗涤直至中性，干燥后即得单相方钠石材料。
本发明与现有技术相比，其显著优点： 1）本发明制备的方钠石是采用粉煤灰为原料，既解决了用纯化工原料合成方钠石的局限性和高成本，又解决了粉煤灰的再利用问题；2）由于本发明采用碱熔融预处理粉煤灰的工艺，避免了二次废渣的产生，同时粉煤灰也不必局限于干排灰，进一步扩大了原料的来源；3）本发明工艺简单，合成产物成分单一，重现性好，并且合成条件宽泛，易于操作管理，可通过改变原料配比、晶化温度和晶化时间等参数调节产物的结晶度，从而控制产物质量，以满足不同使用要求；4）本发明将粉煤灰的资源化和无机材料的合成有机的结合在一起，使其在生产成本和产品性能等方面具有显著的优势，为其工业化应用提供保障。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为实施例1~5合成产物的XRD图谱。
图2为实施例6的XRD图谱。
图3为实施例7~10的XRD图谱。
具体实施方式
本发明的一种由粉煤灰合成单相方钠石的方法，包括以下步骤：
步骤1、将粉煤灰和氢氧化钠混合均匀后置于马弗炉内活化；粉煤灰与氢氧化钠的质量比为（1~3）：2，进行活化的温度为600-800 oC，活化时间为2-4 h，升温降温的速度为2-10 oC/min。
步骤2、依次将活化的粉煤灰、氢氧化铝和氢氧化钠溶液加入聚四氟乙烯内胆中，并混合均匀；活化的粉煤灰与氢氧化铝的质量比为10：（1~3），活化的粉煤灰与氢氧化铝的混合物同氢氧化钠溶液的固液比为1：（11~14）；NaOH溶液的浓度为4.0～6.0 mol/L。
步骤3、将装有反应物料的聚四氟乙烯内胆密封后置于恒温干燥烘箱内进行水热晶化；水热晶化的温度为100-140 oC，时间为12-48 h。
步骤4、将晶化产物过滤、洗涤直至中性，干燥后即得单相方钠石材料。
下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
本发明实施例中的粉煤灰原料均采用扬子石化热电厂的干排灰，属于二级灰，成分分析见表1。
表1 粉煤灰成分分析
| 成分 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | K2O | Na2O | CaO | MgO | SO3 |
| 质量含量（%） | 54.14 | 29.86 | 6.64 | 1.39 | 0.59 | 1.97 | 0.9 | 0.21 |
活化粉煤灰的制备：
1号活化粉煤灰：将粉煤灰和氢氧化钠按照1:2混合均匀后置于马弗炉中，并以10 oC/min的升温速率升至600 oC，保温4 h，再以同样速率降温至室温，研磨后即得1号活化粉煤灰。
2号活化粉煤灰：将粉煤灰和氢氧化钠按照1:1混合均匀后置于马弗炉中，并以5 oC/min的升温速率升至700oC，保温3 h，再以同样速率降温至室温，研磨后即得2号活化粉煤灰。
3号活化粉煤灰：将粉煤灰和氢氧化钠按照3:2混合均匀后置于马弗炉中，并以2 oC/min的升温速率升至800 oC，保温2 h，再以同样速率降温至室温，研磨后即得3号活化粉煤灰。
实施例1：
将1号活化粉煤灰4 g、Al(OH)3 0.4 g和5 mol/L NaOH 60 mL依次加入聚四氟乙烯内胆中混合均匀，并密封后置于100 oC的电热恒温干燥箱内24 h，晶化产物经反复过滤、洗涤至中性，干燥即得单相方钠石材料。由图1可知，合成产物中仅存在方钠石一种沸石相，并且结晶度较高。
实施例2
将1号活化粉煤灰4 g、Al(OH)3 0.8 g和5 mol/L NaOH 60 mL依次加入聚四氟乙烯内胆中混合均匀，并密封后置于100 oC的电热恒温干燥箱内24 h，晶化产物经反复过滤、洗涤至中性，干燥即得单相方钠石材料。由图1可知，合成产物中仅存在方钠石一种沸石相，并且结晶度较高。
实施例3：
将1号活化粉煤灰4 g、Al(OH)3 1.2 g和5 mol/L NaOH 60 mL依次加入聚四氟乙烯内胆中混合均匀，并密封后置于100 oC的电热恒温干燥箱内24 h，晶化产物经反复过滤、洗涤至中性，干燥即得单相方钠石材料。由图1可知，合成产物中仅存在方钠石一种沸石相，并且结晶度较高。
实施例4：
将2号活化粉煤灰4 g、Al(OH)3 1.2 g和5 mol/L NaOH 60 mL依次加入聚四氟乙烯内胆中混合均匀，并密封后置于120 oC的电热恒温干燥箱内12 h，晶化产物经反复过滤、洗涤至中性，干燥即得单相方钠石材料。由图1可知，合成产物中仅存在方钠石一种沸石相，并且结晶度较高。
实施例5：
将2号活化粉煤灰4 g、Al(OH)3 1.2 g和5 mol/L NaOH 60 mL依次加入聚四氟乙烯内胆中混合均匀，并密封后置于140 oC的电热恒温干燥箱内6 h，晶化产物经反复过滤、洗涤至中性，干燥即得单相方钠石材料。由图1可知，合成产物中仅存在方钠石一种沸石相，并且结晶度较高。综合实施例1~5，利用本发明合成的产物只含有一种沸石相——方钠石，通过控制合成参数，可以得到不同结晶度的产物，且结晶度均较高。
实施例6：
将2号活化粉煤灰4 g、Al(OH)3 1.2 g和5 mol/L NaOH 60 mL依次加入聚四氟乙烯内胆中混合均匀，并密封后置于120 oC的电热恒温干燥箱内48 h，晶化产物经反复过滤、洗涤至中性，干燥即得单相方钠石材料。图2 详细的表明了各个晶面的峰，由图可以看出，合成产物中仅存在方钠石一种沸石相，各个晶面结晶均较好。
实施例7：
将3号活化粉煤灰4 g、Al(OH)3 1.2 g和4 mol/L NaOH 60 mL依次加入聚四氟乙烯内胆中混合均匀，并密封后置于120 oC的电热恒温干燥箱内48 h，晶化产物经反复过滤、洗涤至中性，干燥即得单相方钠石材料。由图3可知，合成产物中仅存在方钠石一种沸石相，并且结晶度较高。
实施例8：
将2号活化粉煤灰4 g、Al(OH)3 1.2 g和5 mol/L NaOH 72.8 mL依次加入聚四氟乙烯内胆中混合均匀，并密封后置于120 oC的电热恒温干燥箱内48 h，晶化产物经反复过滤、洗涤至中性，干燥即得单相方钠石材料。由图3可知，合成产物中仅存在方钠石一种沸石相，并且结晶度较高。
实施例9：
将2号活化粉煤灰4 g、Al(OH)3 1.2 g和5 mol/L NaOH 65 mL依次加入聚四氟乙烯内胆中混合均匀，并密封后置于120 oC的电热恒温干燥箱内48 h，晶化产物经反复过滤、洗涤至中性，干燥即得单相方钠石材料。由图3可知，合成产物中仅存在方钠石一种沸石相，并且结晶度较高。
实施例10：
将2号活化粉煤灰4 g、Al(OH)3 1.2 g和6 mol/L NaOH 57.2 mL依次加入聚四氟乙烯内胆中混合均匀，并密封后置于120 oC的电热恒温干燥箱内48 h，晶化产物经反复过滤、洗涤至中性，干燥即得单相方钠石材料。由图3可知，合成产物中仅存在方钠石一种沸石相，并且结晶度较高。总之，本发明工艺简单，合成产物成分单一，且合成条件宽泛，易于操作管理，可通过改变原料配比、晶化温度和晶化时间等参数调节产物的结晶度，从而控制产物质量。
Claims (4)
1.一种由粉煤灰合成单相方钠石的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将粉煤灰和氢氧化钠混合均匀后置于马弗炉内活化；
步骤2、依次将活化的粉煤灰、氢氧化铝和氢氧化钠溶液加入聚四氟乙烯内胆中，并混合均匀；
步骤3、将装有反应物料的聚四氟乙烯内胆密封后置于恒温干燥烘箱内进行水热晶化；
步骤4、将晶化产物过滤、洗涤直至中性，干燥后即得单相方钠石材料。
2.根据权利要求1所述的由粉煤灰合成单相方钠石的方法，其特征在于，步骤1中粉煤灰与氢氧化钠的质量比为（1~3）：2，进行活化的温度为600-800 oC，活化时间为2-4 h，升温降温的速度为2-10 oC/min。
3.根据权利要求1所述的由粉煤灰合成单相方钠石的方法，其特征在于，步骤2中活化的粉煤灰与氢氧化铝的质量比为10：（1~3），活化的粉煤灰与氢氧化铝的混合物同氢氧化钠溶液的固液比为1：（11~14）；NaOH溶液的浓度为4.0～6.0 mol/L。
4.根据权利要求1所述的由粉煤灰合成单相方钠石的方法，其特征在于，步骤3水热晶化的温度为100-140 oC，时间为12-48 h。
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